超级电容器作为唯一可以实现超快速充放电的高功率储能器件,在风力发电系统、新能源汽车、智能电网、军用电源等领域有着不可替代的地位,受到了广泛的关注。基于电池型正极和电容型负极的混合超级电容器结合了电池的高容量和电容器的高功率优势,被认为是极具应用前景的新兴绿色储能器件。但是,目前电池型正极材料的开发还不够成熟,缺乏合理的微观结构设计,导致已报道的混合超级电容器整体性能仍然较低;且国外企业在该领域技术全面领先,拥有大量核心专利。因此,需要从电极材料的设计入手,提升混合超级电容器的储能容量和循环寿命。镍基材料由于其成本相对低廉且理论容量较高,被认为是应用潜力巨大的电池型正极材料。但已报道的镍基电极材料容量低、倍率性能和循环稳定性差。针对上述挑战,本论文旨在从电池型正极材料的微观结构设计、化学组成调控和新制备方法入手,开发超薄、分立、多孔、结构稳定的镍基纳米片,充分发挥二维材料高比表面积、高表面活性的优势,增加储能过程中电解液离子在溶液中的迁移速率和在电极材料中的扩散速率,从而得到能量密度更高、循环稳定性更好的混合超级电容器。本文的主要研究内容如下:针对现有镍基材料可控合成工艺复杂、结构封闭导致的容量低、倍率性能差的问题,提出了一种自牺牲模板法来制备由超薄镍-钴层状双金属氢氧化物（Ni-Co LDH）纳米片组装的粒径均匀、结构开放的新型空心多孔纳米笼。该设计方案以金属有机框架ZIF-67作为自牺牲模板,基于肯达尔效应,利用反应溶剂中金属离子的可控水解控制局部钴离子供给降低层板电荷密度,进而实现纳米片厚度及层间距的调控;并依托于自牺牲模板的限域效应完成了纳米片的三维框架自组装,避免了纳米片的自层叠。制备的Ni-Co LDH纳米片的厚度小于4 nm,层间距为～1.3 nm。所得Ni-Co LDH空心多孔纳米笼的最高电容值达到了2344.1 F g–1(0.5 A g–1),在电流密度增加为50.0 A g–1时,其电容值仍达到1811.1 F g–1（77%）,显示出优异的倍率性能。无支撑的粉体状电极材料在充放电的可逆相变过程中由于不可避免的体积变化造成电极材料破碎、脱附等一系列问题严重影响器件的循环寿命。针对这一问题和负载在集流体上的超薄镍基纳米片合成挑战,本论文提出了一种阵列排布的超薄氢氧化镍纳米片的制备方法——“连续离子缓释法”。该方法受自然界中湖泊在湿地系统中调蓄功能的启发,以溶度积比氢氧化镍高几个数量级的氢氧化锰作为调蓄氢氧根的“湖泊”,利用二者的反映竞争机制,限制了氢氧化镍沿c轴方向的生长速度,以实现超薄纳米片的厚度调节及连续稳定生长。得到的氢氧化镍纳米片厚度薄至～5.7 nm,尺寸超过4μm。基于第一性原理的理论计算结果表明,α相氢氧化镍显示出更高的导电性,更有利于高储能特性。以得到的超薄氢氧化镍纳米片阵列作为电极材料,在经过3000次循环以后放电容量依然可以达到80%以上,较粉体状Ni-Co LDH有显著提升;计算所得的离子扩散速率约为较层叠氧化镍样品的2.6倍。为了进一步提升离子扩散速率、改善电极材料的低导电性和低孔隙率进而提升器件的能量密度和循环寿命,在超薄氢氧化镍阵列的基础上,本论文提出了一种基于拓扑转化过程的分步硒化、选择性刻蚀方法来制备多孔、超薄硒化镍纳米片阵列,以实现混合超级电容器性能的进一步突破。得到的硒化镍纳米片整体孔隙率发达,结构开放,厚度为～4.8 nm,其离子扩散速率提高到超薄氢氧化镍纳米片的～25倍。第一性原理计算揭示了制备出的硒化镍纳米片具有类金属的优异导电性。基于以上设计,硒化镍纳米片阵列的最大电容值提升到3546.0 F g–1(3 A g–1),为当前已报道同类材料电容最高值;所组装的混合超级电容器能量密度达到了69.8 Wh kg–1(425.0 W kg–1),在功率密度高达到12750.0W kg–1时相应的能量密度仍保持为20.8 Wh kg–1;特别是在连续循环5000圈以后可以保持为初始容量的94.8%,在循环10000圈以后仍然能够保持初始容量的80%,展现出优异的实际应用潜力。